Резистор змінного опору типу А

Міністерство освіти і науки України

Харківський державний технічний університет радіоелектроніки

Кафедра ПЕЕА

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

по предмету: Елементна база ЕА

на тему: Резистор змінного опору типу А

розробив

Керівник проекту

2009

зміст

Вступ

1. Аналіз ТЗ

2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку проектування

3. Електричний і конструктивний розрахунок

3.1 Розрахунок резистивного елемента

3.2 Розрахунок контактної пружини

3.3 Теплотехнічний розрахунок

3.4 Розрахунок частотних характеристик

4. Ескізна опрацювання елемента і обгрунтування прийнятих рішень

5. Уточнення і опис конструкції

висновки

перелік посилань

Завдання на курсовий проект (роботу) студента

1. Тема проекту (роботи): Резистор змінного опору з круговим обертанням рухомої системи.

2. Термін здачі закінченого проекту (роботи): 24.04.2001

3. Вихідні дані до проекту (роботи):

R _min <10 Ом; R _max = 1кОм; P _R = 5Вт; ΔR _max = 5%; δR <2%;

ТКR <50 * 10 ^{-6 1} / град;

діаметр осі управління 4мм; max діаметр резистора 25мм; ресурс роботи -10 ⁵ пересувань.

Умови експлуатації:

кліматичні УХЛ 2.1 ГОСТ 15150 - 69;

випуск n = 100 000 шт. / Рік.

Вступ

За, останні роки широке застосування отримала радіоелектронна техніка, характер і функції якої вимагають застосування десятків і сотень тисяч різних комплектуючих виробів. Серед них резистори складають значну частину.

Вони виконують відповідальну функцію - перерозподіл електричної енергії між іншими елементами схем - і складають до 50% загального числа елементів радіоелектронної апаратури.

Дротяні резистори знаходять широке застосування, так як вони мають такі переваги:

Можливість виготовлення резисторів з точною величиною номінального опору;

Високу стабільність опору при впливі різних зовнішніх факторів;

Малу величину температурного коефіцієнта опору;

Велику допустиму потужність розсіювання;

Стійкість до електричних перевантажень;

Незначний рівень власних шумів;

Високу радіаційну стійкість;

Високу зносостійкість і ін.

Завдяки цим перевагам дротяні резистори успішно використовуються в таких радіоелектронних пристроях, до яких пред'являються підвищені вимоги точності і стабільності електричних і експлуатаційних параметрів.

Резистори використовуються в електронній апаратурі, різних системах автоматичного управління і регулювання, в електрообладнанні транспорту та вимірювальної техніки. За допомогою потенціометрів можна не тільки перетворити механічну величину в електричну, а й реалізувати необхідну функціональну залежність між цими величинами.

У цьому курсовому проекті також вирішується завдання конструювання змінного дротяного резистора, призначеного для електричного моделювання фізичних процесів. Вся складність полягає в тому, що прі не великому опорі і розсіюється він має велику роздільну здатність, що дозволяє віднести його до потенціометрів.

Тобто даний курсової проект є внеском в процес розвитку дротяних змінних резисторів.

1. Аналіз ТЗ

Согласно технического задания необхідно сконструювати резистор змінного опору з такими характеристиками:

номінальний опір R = 10 Ом;

номінальна потужність P = 5 Вт;

роздільна здатність d <2%;

температурний коефіцієнт опору

ТКС = ± (5¸30) × 10 ^-6 1 / град;

термо е. д. с. Т _ерс = -2 мкВ / град;

момент обертання m = 0,1 Н / м;

ресурс роботи 10 ⁵ обертів;

випуск n = 10 ⁵ шт / рік;

умови експлуатації:

кліматичні - УХЛ 4.2 ГОСТ 15150-69;

механічні - IV ст. ж. ГОСТ 16962-72.

Майбутній резистор повинен бути згідно ГОСТ 15150-69 по кліматичному виконанню експлуатуватися в мікрокліматичних районах з помірним і холодним кліматом в лабораторних, капітальних житлових та інших подібних приміщеннях. Виходячи з даних, для забезпечення ТКС і Т _ерс в якості матеріалу для резистивного елемента по [1.39] манганін - мідно-марганцевий сплав, який складається з 83¸86,5% міді, 11¸13,5% марганцю і 2,5 ¸3,5% нікелю. У манганін

r = 0,42¸0,48 Ом × мм ² / м, ТКС = ± (0,5¸30) × 10 ^-5 1 / град, Т _ерс = 1 мкВ / град.

Намотку резистивного елемента проводимо манганіновим проводом марки ПМТ - твердий, з ізоляцією в один шар з високоміцної емалі і діаметром жили від 0,02 до 0,8 мм.

Так як резистор повинен мати ресурс роботи 10 ⁵ обертань, то необхідно забезпечити хороший контакт пружини струмознімання до резистивного проводу при мінімальному контактному зусиллі і надійну фіксацію встановленого опору.

Для резистивного каркасу раціонально вибрати плоский каркас, так як він має менший обсяг ніж циліндричний.

Номінальна потужність майбутнього резистора дорівнює 2 Вт, що відносить його класу резисторів середньої потужності, тому у нього буде відсутній великий перегрів.

Виробництво резисторів - серійне. Для цього потрібно забезпечити простоту виготовлення і використовувати для нього недорогі матеріали.

2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку проектування

Конструкція заданого дротяного змінного резистора в більшій мірі залежить від заданих характеристик. Отже, після аналізу технічного завдання стало відомо, що конструюються резистор повинен мати плоский резистивний елемент з постійним перетином у вигляді прямокутника.

Так як резистор має великий опір, а відповідно великі розміри резистивного елемента, то для зменшення габаритних розмірів слід зробити резистивний елемент підковоподібної форми.

Аналогічними конструкціями для даного резистора є конструкції дротяних резисторів з круговим переміщенням рухомого контакту СП5-2, СП5-3, СП5-2Т і СП5-3Т. Ці резистори, для приведення в рух ковзаючого контакту, використовують червячную передачу, що небажано використовувати в даному резисторі. Так як ця конструкція через своїх малих розмірів може вийти з ладу раніше часу (за рахунок зносу вала), не забезпечує плавної зміни опору і для створення певного контактного зусилля і фіксації встановленого опору вимагає додаткових витрат.

Більш відповідну конструкцію має малогабаритний построечний резистор СП15-16Б, в якому притиск контактної системи до струмознімача здійснюється за рахунок пружини. Контактна пружина має вигляд консольної балки, що дозволяє вибрати значення контактного зусилля в досить широких межах. Але негативною стороною цих резисторів є їх герметичність, що не дозволяє робити розбирання резистора. Загальним елементом цих конструкцій для резистора є те, що у них резистивний елемент є струнним і контактна пружина знаходиться між власником і резистивним елементом. Пружина, що притискає контактну систему до струмознімача, знаходиться в середині корпусу, створюючи зусилля за рахунок своєї пружності і жорсткості матеріалу корпусу.

З огляду на ці недоліки в існуючих резисторах, щодо вибираємо такі напрямки:

Обертання ковзаючого контакту проводиться за допомогою пружин;

Фіксація встановленого опору за допомогою пружин;

Створення контактного зусилля за допомогою пружини і шайб для можливості його регулювання;

Токос'ем виконаємо у вигляді консольної шайби, а контакт і зробимо у вигляді спіралі;

Корпус резистора - відкритий, тобто кришки не має, так як умови роботи - лабораторії, житлові будинки та інші подібні приміщення.

3. Електричний і конструктивний розрахунок

3.1 Розрахунок резистивного елемента

Визначення площі плоского каркасу резистивного елемента проводиться згідно формули [1.73]:

, (3.1)

де S - площа каркасу, мм ^2, P електрична потужність розсіювання, Вт;

J-перегрів обмотки, рівний різниці між максимальною допустимою температурою на обмотці і номінальною навколишньою температурою, ˚C;

μ середній коефіцієнт тепловіддачі резисторів, що лежить в межах (5 ÷ 20) · 10 ^-5 Вт / мм ² · град [1.73];

Визначення діаметра дроту:

(3.2)

де d-діаметр дроту, мм;

ρ -Питомий електричний опір, Ом · мм ² / м, для манганина становить 0,46 Ом · мм ² / м [1.39];

R-опір обмотки, Ом;

до коефіцієнт, чисельно рівний відношенню кроку намотки до діаметра дроту. Для резистивних елементів, ізольованим проводом к = 1,05 ÷ 1,2 [1.73];

Визначення довжини проводу L, мм:

, (3.3)

.

Визначення кроку намотки проводу t _н, мм:

(3.4)

.

Визначення довжини каркасу:

Площа плоского каркасу визначається за формулою:

, (3.5)

де l ₀ довжина активної частини каркасу, мм;

a - висота каркаса, мм;

b - ширина каркаса, мм.

Звідси:

. (3.6)

Вибираємо, виходячи з практичних міркувань:

a = 10 мм, b = 1 мм;

. (Mm)

Визначення кількості витків резистивного елемента n:

(3.7)

.

Визначення кроку намотування t _н через L, a, b:

(3.8)

.

Цей результат приблизно рівний попередньому розрахунку, отже крок намотування обраний правильно. З конструктивних міркувань задаємо кут повороту 300 ^0. Обчислимо довжину каркаса, якби він мав форму замкнутому колу

Визначимо діаметр каркаса

(3.9),

Визначимо роздільну здатність проектіруемого резистора [1.83]

(3.10)

Отримана роздільна здатність набагато більше заданої.

3.2 Розрахунок контактної пружини

Як матеріал пружини виберемо сплав золота (80%) і міді (20%), який має високу твердість і електропровідність, стійкий до корозії і зварювання.

Конструкцію вибираємо у вигляді консольної пружини круглого перетину.

Визначимо діаметр пружини

(3.11)

де d _пр - діаметр пружини, мм

F _k - мінімальне контактне зусилля, г

Е - модуль пружності, кг / мм ²

s- напруга в матеріалі пружини, кг / мм ²

f _в - максимальна частота вібрацій, 1 / сек

g- щільність матеріалу пружини

Визначення довжини пружини

(3.12)

Визначимо прогин пружини під дією контактного зусилля

(3.13)

Визначимо коефіцієнт запасу за контактним зусиллю

(3.14)

де а = 40 см / сек - максимальна величина ударних або лінійних прискорень. При таких характеристиках пружини, резистор буде мати заданий ресурс роботи, і забезпечувати хороший контакт.

3.3 Теплотехнічний розрахунок

Визначення температури перегріву резистивного елемента при встановленому тепловому режимі проводиться згідно формули [1.106]:

(3.15)

де J - температура перегріву резистивного елемента, град;

P - потужність розсіювання, Вт;

μ - середнє значення коефіцієнта тепловіддачі [1.106],

Вт / мм ² · град;

S _{р. е.} - площа поверхні резистивного елемента, мм ^2, яка визначається за формулою:

тоді:

3.4 Розрахунок частотних характеристик

Розрахунок індуктивності резистивного елемента з лінійним каркасом прямокутного перетину проводиться згідно формули [1.111]:

(3.16)

де L - індуктивність резистивного елемента, Гн;

n - кількість витків резистивного елемента;

b - ширина каркаса, мм;

h - висота каркаса, мм;

l-довжина каркаса, мм;

Розрахунок власної ємності резистивного елемента з каркасом наведеним до круглого перетину виготовленого з діелектрика проводиться за формулою [1.111]:

С = 0.1k ₁ k ₂ d _{k (3.17)}

де С - власна ємність, пФ;

k ₁ - коефіцієнт, що залежить від співвідношення між кроком намотування t _н і діаметром резистивного проводу;

k ₂ - коефіцієнт, що залежить від співвідношення між довжиною намотування резистивного елемента l ₀ і діаметром каркасу резистивного елемента d _к;

d _до діаметр каркаса резистивного елемента, мм.

Резистивного елемента з прямокутним перетином в круглий і визначимо його діаметр.

(3.18)

де a - ширина резистивного елемента, мм;

b - висота резистивного елемента, мм;

Для співвідношення t _н / d _k = 1.07 і l ₀ / d _k = 8.7 коефіцієнти k ₁ і k ₂ згідно з графіком [1.111] приймають значення:

k ₁ = 2.5, k ₂ = 3.

тоді:

4. Ескізна опрацювання елемента і обгрунтування прийнятих рішень

У даній роботі розробляється дротяний резистор змінного опору з плоским резистивним елементом. Резистивна провiд намотаний на каркас і зігнута в подковообразную форму так, що струмознiмання проходить в результатi колового обертання ковзаючого контакту. Круговий рух обумовлено тим, що при такому виготовленні резистор буде мати менші габаритні розміри. Плоский резистивний елемент вибирається з того, що велика довжина намотуваним дроту (L = 17.63м). При тій же довжині він займе менше місця, ніж циліндричний.

Токос'ем проводиться за допомогою контактної пружини, виконаної зі сплаву золота і міді у вигляді консольної балки. Форма пояснюється тим, що цей резистор розрахований на великий ресурс роботи, а ця конструкція дозволяє створити невеликі і стабільні контактні зусилля.

Обрана резистивная дріт марки ПЕВМТ-1 має мінімальний ТКС, що значно підвищує стабільність встановленого опору. Така дріт забезпечує високий опір (R = 2,2кОм), при діаметрі дроту d = 0,07 мм. Крок намотування t _ш = 0,075 мм забезпечує роздільну здатність d = 0,12%.

Для хорошого контакту в резистивном елементі робиться вибірка глибиною 10 ... 30 * 10 ^-3 мм і має 8-10 клас точності.

Токос'ем проводиться за допомогою плоскої і тонкої пружини, одним кінцем припаяної до висновку резистора, а іншим - до кінця контактної пружини. Її конструкція розрахована на великий строк служби.

Сама пружина жорстко закріплена на утримувачі, який в свою чергу з'єднаний з віссю обертання. приводить в обертання всю контактну систему.

Фіксація встановленого опору і освіту необхідного контактного зусилля досягається за допомогою контактних шайб, розташованих на осі обертання. Така конструкція забезпечує легку регулювання контактного зусилля, надійну фіксацію опору, не вимагає великих зусиль для переміщення контактної пружини.

Ще одна перевага такої конструкції полягає в тому, що резистор піддається ремонту, зокрема заміни стержня пружини на осі. А така заміна суттєво продовжує строк служби резистора.

Тримач з контактною пружиною і резистивний елемент поміщаються в серед пластмасового корпусу, що забезпечує ізоляцію і захист від механічних впливів, і зручне кріплення резистора.

В цілому конструкція проста і надійна, не вимагає великих витрат коштів і придатна для серійного виробництва.

5. Уточнення і опис конструкції

Сконструйований змінний резистор складається з корпусу, який має круглу форму і виготовлений з пластмаси.

Основним елементом у змінному резисторі є резистивний елемент і контактний пристрій.

У даній конструкції електричний контакт обмотки з висновком створюється обтисненням металевою обоймою навколо кінцевих витків обмотки. Використовується і додаткове кріплення - просочення її ізоляційним лаком. Кріплення резистивного елемента проводиться за допомогою клею спеціальному пазі.

Кріплення контактної пружини до держателю здійснюється впайкі її в металевий циліндр з підошвою, прикріплений до держателю клеєм.

Ось переміщення контактної пружини здійснює свої рухи в металевій втулці із зовнішнім різьбленням, впрессованной в основу корпуса. На підставі втулки, в спеціальних пазах, розташовуються плоскі пружини, які створюють фіксацію опору за допомогою обтиску осі вала обертання. Таких пружин є 4, вони пружні і пластичні, відшліфовані до 10 класу точності, що б створювати мінімальну силу тертя з віссю обертання. Між власником і втулкою розміщені ще 2 пружини для регулювання контактного зусилля. У держатель впрессована металева шайба, яка запобігає передчасному зносу власника.

На тримачі, співвісно контактної пружині, є виступ, який обмежує кут повороту ковзаючого контакту.

Струмознімальних пружина розташована над власником, і одним кінцем припаяна до струмознімача, а інший до висновку. Вісь обертання вставлена ​​в тримач, і на кінці має паз для стопорних шайб, створюють контактне зусилля. Також має виступ для насадки на нього фішки для зручності обертання. Зовнішні висновки з зовні змінного резистора виконані у вигляді пластин і впресовані в корпус.

ПАСПОРТ

Даний резистор призначений для електричного моделювання фізичних процесів.

Електричні дані:

Номінальний опір R _H = 10 кОм

Номінальна потужність P _H = 5 Вт

Роздільна здатність d = 0.7%

Кут повороту a = 300 ⁰

Власна індуктивність L = 0.157мкГн

Власна ємність С = 4.25пФ

Термо - е. д. з. Т _ерс = 1мкВ / ⁰ С

Температурний коефіцієнт стабільності ТКС = ± (5¸30) 10 ^{5 1/0} С

Конструктивні дані:

габаритні розміри

Діаметр контактної пружини d _пр = 0.3мм

Довжина контактної пружини l _пр = 25.8мм

Кількість витків n = 152

Діаметр дроту d = 0,12 мм

Довжина проводу L = 4266.3м

Крок намотування t _ш = 0,1 мм

Висота каркаса a = 10мм

Діаметр каркаса D = 58мм

Умови експлуатації:

Кліматичні УХЛ 4.2 ГОСТ 15150-69

Механічні 2ст. ж. ГОСТ 16962-71

висновки

В результаті проектування було отримано дротяний резистор змінного опору. Його характеристики, наведені в паспорті, говорять про його достоїнства і недоліки.

Сам резистор має середні габаритні розміри, що зручно при регулюванні. Температура нагріву резистора дорівнює 16,5 ⁰ С, але так як резистор розраховувався для 30 ⁰ С, тобто запас, який особливо важливий при тривалій експлуатації.

В результаті розрахунків отримали резистор з більшою роздільною здатністю.

Недоліком є ​​наявність значних ємностей і індуктивностей, що обмежує застосування резисторів на високих частотах.

Отримана конструкція дуже зручна при серійному виробництві. Вона проста і не потребує складного технологічного обладнання. Тим часом конструкція надійна і довговічна. Чи підлягає ремонту і заміни.

Вартість конструкції не висока і визначається вартістю золота в струмознімання, бронзи, манганінового дроту і прес порошку.

перелік посилань

1. М.Т. Железнов, Л.Г. Ширшов. Дротяні резистори. М. Енергія. 1970

2. В.Л. Соломаха та ін. Довідник конструктора-приладобудівників. Проектування. Основні норми. Мн. Вища школа. 1988

3. А.К. Бєлоусов, В.С. Савченко. Електричні роз'ємні контакти в радіоелектронній апаратурі. М. Енергія. 1975